[发明专利]在基板中形成凹部的方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS器件的制造。

背景技术

各种MEMS器件包括在施加的电压下偏转的压电致动器。这种器件的示例包括响应于连接至流体路径的压电致动器的动作而喷射流体的流体喷射系统。喷墨打印机中的打印头模块是流体喷射系统的一个示例。打印头模块通常具有喷嘴的线列或阵列，这些喷嘴带有相应的喷墨路径和相关联致动器的阵列，并且从每个喷嘴喷射的墨点可被一个或多个控制器单独控制。

打印头模块可以包括半导体打印头管芯，其被蚀刻为定义包括增压室(pumping chamber)的流体流动路径。压电致动器可以形成在增压室的一侧，工作时，压电致动器能够响应于驱动电压信号发生挠曲，从而沿喷墨路径驱动流体。压电致动器包括压电材料层，该材料层响应于通过一对相反电极施加在压电层两端的驱动电压来改变几何形状(即，致动)。

相比具有同等横向尺寸的平面压电元件，弯曲的压电元件(例如圆顶形或者凹形压电膜片)能够在给定的驱动电压下产生较大的位移。由于压电位移的幅度会影响用来喷射所需体积的流体液滴的驱动电压，并因此影响打印头模块的功率效率，因此已经提出了具有曲面压电膜片的压电致动器。已经提出了制造弯曲的或具有曲面特征的压电膜片的各种制造方法。

发明内容

本说明书描述了涉及制造具有曲面特征的基板表面和膜片的MEMS制造工艺的技术。

在将材料的薄层均匀沉积在轮廓传递基板表面上时，该材料层取得与轮廓传递基板表面一致的轮廓。为了形成具有曲面特征的膜片(例如其中形成有凹陷或凹部阵列的压电膜片)，首先制备具有曲面特征(例如凹陷或凹部的阵列)的轮廓传递基板表面。在各向同性蚀刻处理中使用其中形成有通孔的阴影掩模以在基板表面中蚀刻凹陷。阴影掩模中的通孔各自包括处于加宽的底部开口上方的收缩部分。该收缩部分部分地阻挡了每个通孔的底部开口所包围的基板区域的外围部分上的等离子冲击，从而能够在通孔的底部开口所包围的区域的中央部分形成带有凹形轮廓的凹陷。

一般来说，在一个方面，在基板中形成凹部的处理包括将阴影掩模的底表面附接至基板的顶表面的动作，该阴影掩模包括多个通孔，每个通孔从阴影掩模的顶表面贯穿至阴影掩模的底表面，并且具有与底表面相邻的相应下部以及相比相应下部更靠近阴影掩模顶表面的相应上部，所述通孔的相应下部在阴影掩模的底表面中具有相应底部开口，并且该通孔的相应上部在阴影掩模底表面上的垂直投影完全落在通孔的相应底部开口内；通过阴影掩模的通孔将基板的顶表面暴露于各向同性等离子蚀刻中；以及在基板的顶表面上形成预定尺寸的凹部之后移除阴影掩模。

在某些实施方式中，每个通孔的相应上部和下部是共轴圆柱形孔。

在某些实施方式中，每个通孔的相应上部与阴影掩模的顶表面相邻。

在某些实施方式中，将阴影掩模的底表面附接至基板的顶表面的步骤还包括：对阴影掩模的底表面和基板的顶表面施加RCA 1清洗溶液；在施加之后，将阴影掩模的底表面压至基板的顶表面，以形成暂时接合。

在某些实施方式中，该方法还包括重用该阴影掩模，以在第二基板中形成凹部。

在某些实施方式中，阴影掩模具有50-700微米之间的总厚度。

在某些实施方式中，垂直投影具有10-300微米之间的宽度。

在某些实施方式中，对于每个通孔，垂直投影的宽度与通孔深度之比处在1∶30到1∶50之间。

在某些实施方式中，对于每个通孔，通孔的相应底部开口的宽度比该通孔的相应上部的垂直投影的宽度大三倍。

在某些实施方式中，使用CF₄、CHF₃和He的混合物来对基板进行等离子蚀刻。

在某些实施方式中，使用SF₆和Ar或He的混合物来对基板进行等离子蚀刻。

在某些实施方式中，该方法还包括：对基板中与各向同性等离子蚀刻相关联的蚀刻速率(etch rate)进行估计；在基于该蚀刻速率确定的时间段之后停止各向同性等离子蚀刻。

在某些实施方式中，该方法还包括：在移除阴影掩模之后，抛光基板的顶表面。

在某些实施方式中，该方法还包括：在附接步骤之前，在阴影掩模的暴露表面上形成保护层，以保护阴影掩模在各向同性等离子蚀刻期间不被改变。

在某些实施方式中，在阴影掩模的暴露表面上形成保护层的步骤还包括：对阴影掩模的暴露表面进行氧化以形成氧化层。

在某些实施方式中，阴影掩模由硅、玻璃、铝或石墨制成。